발전소 순환 외부 배수 처리에 AO{0}}Fenton-BAC 복합 공정 적용 설명

발전소 순환 외부 배수 처리를 위한 AO + Fenton 반응조 + BAC 복합 공정 적용

순환수 시스템은 발전소 운전에 필요한 필수적인 냉각 시스템입니다. 그 원리는 장치를 냉각시키기 위해 지속적인 순환을 위해 응축기에 찬물을 도입하는 것입니다. 시스템은 지속적인 블로우다운과 새로운 수원의 보충을 통해 균형을 유지합니다. 순환수 시스템의 물 중 일부는 가열되어 증기를 생성하고, 증기는 상부를 통해 대기로 배출되고, 다른 일부는 발전소에서 외부 순환 배수로 환경으로 배출됩니다.

현재 국내 발전소 대부분은 순환외부배수 처리를 위해 '전처리 + 한외여과 + 역삼투' 공정을 사용하고 있다. 그러나 한외여과 및 역삼투 공정에는 여러 가지 문제점이 있다. (1) 전처리 공정이 부적절할 경우 전처리 효과가 좋지 않아 후속 공정의 처리 효율이 떨어진다. (2) 운전 중 오염물질로 인해 멤브레인이 빈번하고 심하게 막히게 되어 작업자가 멤브레인 화학적 세척을 자주 수행해야 하므로 멤브레인 수명이 단축되고 멤브레인 교체가 잦아 멤브레인 교체 비용이 많이 든다. 작동 중에 스케일 방지제와 부식 방지제가 침전되어 카트리지 필터와 역삼투막이 막히게 되어 작동 중 멤브레인 화학 세척 및 필터 카트리지 교체가 자주 발생합니다. 또한 스케일 억제제와 부식 억제제는 높은-가 이온과 쉽게 반응하여 플록 형성에 영향을 미치고 응고 효율성이 저하됩니다. (3) 멤브레인 시스템은 높은 건설 투자가 필요하며 운영 및 유지 관리 과정에서 운영자의 높은 기술 전문 지식이 필요합니다.

모 발전소의 종합폐수처리장은 순환외부배수를 처리하기 위해 AO+펜톤 반응조+BAC 복합공정을 채택했다. 이 공정은 우수한 배출수 품질과 간단한 운영을 달성할 뿐만 아니라 공장 운영 비용을 크게 절감하고 주변 생태 환경을 보호합니다.
 

1 폐수질 분석

발전소에서 순환하는 외부 배수는 주로 응축기의 지속적인 순환을 통해 냉각 장치에 사용되는 물에서 나옵니다. 이러한 유형의 폐수는 유기물 농도가 낮고 생분해성이 낮은 것이 특징입니다. 또한, 냉각수 재순환 시 파이프라인 스케일링을 방지하기 위해 발전소에서는 정기적으로 순환수에 스케일 방지제 및 부식 방지제를 첨가하므로 순환 냉각수의 총 질소 함량이 상대적으로 높아집니다. 다른 특징으로는 높은 염도, Fe³⁺, Ca²⁺, Mg²⁺, Al³⁺와 같은 고-가 이온의 농도가 높고 상대적으로 높은 경도가 있습니다.

이러한 폐수 특성을 바탕으로 종합폐수처리장에서는 우선 AO 탱크를 설치하여 폐수 중의 암모니아성 질소와 총질소를 제거하였습니다. 이어서, 생물학적 처리 공정을 거친 후 Fenton 반응조를 설치하여 과산화수소와 황산제1철의 화학반응을 통해 강력한 산화제를 생성하고, 난분해성 유기화합물을 쉽게 분해 가능한 화합물로 분해하여 화학적 산소요구량과 총인을 감소시켰습니다. 마지막으로 경사관 침전조와 BAC 탱크를 사용하여 SS와 암모니아성 질소를 제거하여 규정을 준수했습니다.

2 프로젝트 개요

2.1 유량 및 수질

유량은 220m³/h입니다. 유입수 수질은 모니터링 데이터를 바탕으로 결정되었으며, 유출수 수질은 "시립 폐수 처리장 오염물질 배출 기준"(GB18918-2002)의 A급 배출 기준을 준수해야 합니다. 에 표시된 바와 같이표 1, 본 프로젝트의 유입 폐수는 CODcr, 총 질소, 총 인 및 SS가 높고 암모니아 질소 및 총 인이 상대적으로 낮은 특징이 있습니다.

 2.2 프로젝트의 주요 과제

본 프로젝트의 폐수는 발전소에서 순환하는 외부 배수입니다. 처리의 주요 과제는 생산 폐수에 포함된 CODcr, 총인, 총질소와 같은 난분해성 오염물질입니다.

(1) 폐수의 B/C 비율이 낮습니다. 이 프로젝트가 실제로 운영되는 동안 유입수에는 생분해가 어려운 상당량의 난분해성 유기물질이 포함될 수 있으며, B/C 비율은 약 0.08로, 이는 생분해가 어려운-}-범주에 속합니다. 이 프로젝트의 처리 공정에는 B/C 비율을 높여 생분해성을 향상시키기 위한 고급 산화 조치를 통합해야 합니다. 이는 이 프로젝트의 폐수 처리에 있어 주요 과제를 나타냅니다.

(2) 폐수에는 고분자 유기화합물이 다량 함유되어 있어 기존의 생물학적 처리만으로는 제거하기 어렵습니다. 이는 이 프로젝트의 폐수 처리에 있어서 또 다른 주요 과제입니다.

(3) 운영비용을 절감하고 사업의 효율성을 높이기 위해서는 폐수 및 슬러지 양중 펌프의 수를 최소화하고 중력흐름을 최대한 활용하도록 설계해야 한다. 이는 이 프로젝트의 주요 초점을 나타내며 운영 비용 절감에 매우 중요합니다.

2.3 처리과정

(1) 전처리 과정. 본 프로젝트의 폐수에는 다양한 종류의 오염물질이 포함되어 있고 구성이 복잡하며 pH 변화가 심하여 종합적인 처리가 어렵고 비용이 많이 듭니다. 전처리 공정에 균압조를 별도로 설치하여 유량을 균질화 및 균일화함으로써 수질 변동이 폐수처리 시스템에 미치는 영향을 줄였습니다.

(2) 생물학적 처리 과정. 프로세스는 고급화되고, 성숙하고, 효율적이고, 작동하기 쉽고, 고도로 지능적이어야 하며, 최소한의 공간만 필요하고, 운영 비용이 낮아야 합니다. 이 프로젝트에는 "AO" 프로세스가 선택되었습니다. 이 공정은 진보되고 성숙한 기술, 높은 정화 효율, 편리한 제조, 낮은 잔류 슬러지 생성 및 신뢰할 수 있는 폐수 품질을 특징으로 하는 중국에서 널리 사용됩니다.

(3) 고급 처리 과정. 본 프로젝트의 고도처리 공정으로 "펜톤 산화 + 경사관 침전조 + BAC" 공정이 선정되었습니다. 이 공정은 펜톤 반응에 의해 생성된 강력한 산화 자유 라디칼을 활용하여 잔류 난분해성 유기 화합물을 산화 및 분해하여 천연 미생물에 의해 분해될 수 있는 유기 화합물로 변환합니다. 동시에 화학적 조치를 통해 인 제거를 강화하여 전체 인 규정 준수를 보장하는 보호 장치 역할을 합니다. 이후 경사관 침전조에서의 침전과 BAC 탱크에서의 흡착 및 생분해를 거쳐 배출기준을 충족하는 유기물 제거가 완료된다.

(4) 슬러지 처리 공정. 슬러지 농축 탱크는 강력한 저장 용량, 낮은 전력 소비, 낮은 운영 비용 및 간단한 작동을 갖추고 있습니다. 스크류 프레스는 장비 및 유지관리 비용이 저렴하고, 최소한의 공간을 차지하며, 약품 사용량이 적고, 소음이 적으며, 슬러지 케이크 건조도 20~25%를 달성하여 우수한 탈수 성능을 발휘합니다.

2.4 프로세스 흐름도

폐수처리장은 그림과 같이 "AO조 ​​+ 2차 침전조 + 펜톤 반응조 + 경사관 침전조 + BAC + 소독조" 공정을 채택하고 있습니다.그림 1.

2.5 프로세스 단위 및 기능

(1) 균등화 탱크. 후속 처리 공정에서 유기물 부하 변동의 영향을 줄이고 유량이나 수질의 급격한 변화가 하류 처리 공정(생물학적 또는 화학적)에 영향을 미치는 것을 방지하며 생물학적 처리 공정에서는 미생물에 대한 안정적인 환경, 화학 처리 공정에서는 안정적인 반응 환경을 유지합니다. 폐수를 무산소조로 끌어올리기 위해 탱크에 수중펌프가 설치됩니다.

(2) AO 탱크. AO 탱크에는 복합 패킹과 수중 믹서가 장착되어 있습니다. 복합패킹으로 탈질미생물과 호기성미생물의 생활공간을 넉넉하게 제공하며, 수중믹서로 물속의 유기물이 균일하게 분포되도록 합니다. 무산소조에서는 대부분의 암모니아성 질소가 제거됩니다. 호기조에서는 대부분의 유기물이 제거되고, 암모니아성 질소가 질산성 질소로 전환되며, 인-축적 유기체가 인을 흡수할 수 있는 호기성 환경이 조성됩니다. 인-이 풍부한 슬러지는 최종적으로 2차 침전조에서 슬러지로 제거됩니다.

(3) 2차 침전조. 2차 침전조에는 이동식 교량 스크레이퍼와 슬러지 펌프가 장착되어 있습니다. 침전 후 슬러지는 이동 교량 스크레이퍼에 의해 슬러지 호퍼로 긁힌 후 슬러지 펌프에 의해 슬러지 탱크로 펌핑되어 폐수 내 SS를 크게 줄입니다.

(4) 펜톤 반응 탱크. 낮은 pH에서 H2O2는 Fe²⁺에 의해 촉매 분해되어 ·OH를 생성하며, 이는 물 속의 대부분의 유기 화합물을 산화시킬 수 있습니다. 또한 생물학적 또는 기존의 화학적 산화 반응으로 처리하기 어려운 유기 화합물을 완전히 산화시킬 수 있습니다. ·OH는 폐수 중의 유기물질과 반응하여 CO2와 물로 분해하여 폐수 중 처리가 어려운--유기화합물의 농도를 현저히 감소시키고 B/C 비율을 높여 후속 BAC 탱크의 처리 효율을 향상시킵니다.

(5) 경사관 침전조. 경사관 침전조의 경사관 패킹은 펜톤 반응조에서 형성된 부유물질과 플록을 경사관 표면에 응집시키는 역할을 합니다. 중력에 의해 슬러지는 바닥에 가라앉고 슬러지 펌프에 의해 슬러지 농축조로 펌핑되어 폐수의 SS를 감소시킵니다.

(6) 중간탱크. 안정적인 폐수 수질과 유속을 보장하여 생물학적 활성탄 필터의 균일하고 안정적인 여과를 보장하고 BAC 탱크의 여과 효율을 향상시킵니다.

(7) BAC 탱크 및 역세 탱크. BAC 탱크에는 강력한 흡착력을 지닌 활성탄 필터 매체가 포함되어 있어 물 속의 유해 물질과 미생물을 효과적으로 필터링하고 부유 물질을 제거합니다. 역세 탱크에는 역세 펌프가 장착되어 필터의 여재를 역세하여 막힘을 방지합니다.

(8) 소독탱크. 차아염소산나트륨을 탱크에 첨가하여 물 속의 유해균을 죽이고, 폐수의 유해균 함량을 줄입니다.

(9) 슬러지 탱크 및 스크류 프레스. AO조, 2차침전조, 경사관침전조, BAC조에서 나온 슬러지는 슬러지 펌프에 의해 슬러지조로 펌핑됩니다. 농축 후 슬러지는 슬러지 펌프(탈수 중에 양이온성 PAM이 첨가됨)를 통해 스크류 프레스로 펌핑됩니다. 슬러지 농축조와 스크류 프레스를 통해 슬러지의 수분 함량을 대폭 줄여 폐기가 용이합니다.

2.6 복합공정의 특징

(1) AO 탱크는 폐수 중의 유기물, 암모니아성 질소 및 기타 오염 물질에 대한 제거 효율이 높습니다. 무산소조에서는 박테리아가 C를 함유한 유기화합물을 섭취하여 에너지를 보충하고, 호기조에서 반환된 질산성 질소를 N2로 환원시켜 탈질을 완료하는 동시에 BOD₅도 일부 제거합니다. 무산소조에서도 가수분해 반응이 일어나 폐수의 B/C 비율이 증가하고 생분해성이 향상됩니다. 호기조에서는 대부분의 유기물과 인이 제거되고, 암모니아성 질소는 질산성 질소로 전환됩니다.

(2) 펜톤 반응조는 강력한 산화력을 갖는 펜톤 시약(Fe²⁺와 H2O2를 일정 비율로 혼합)을 사용하여 산화성이 높은 ·OH를 생성하므로 우수한 산화처리 효과를 제공합니다. 반응 생성물인 CO2와 물은-독성이 없고 무해합니다. 이 공정은 작업 특성이 좋고 상온에서 처리 속도와 비용이 상대적으로 낮으며 산화 효율이 높고 처리 비용이 낮으며 폐수 처리의 어려움을 크게 줄일 수 있습니다.

(3) 기업 관점에서 볼 때, AO 탱크를 먼저 배치한 후 펜톤 반응조를 배치하는 것은 펜톤 반응조를 먼저 배치하고 AO 탱크를 배치하는 것에 비해 운영 비용을 크게 절감합니다. Fenton 반응 탱크를 먼저 배치한 다음 AO 탱크를 배치하면 AO 탱크의 유기 부하가 증가하여 Fenton 반응 탱크에서 난분해성 유기 화합물의 산화로 형성된 고-가 유기 분자를 처리해야 합니다. 이로 인해 운영 중에 대량의 탄소원을 추가해야 하므로 탄소원 조달 비용과 운영 비용이 크게 증가합니다. AO 탱크를 먼저 배치한 후 펜톤 반응조를 배치하면 앞부분에서는 분해성 유기물을, 뒷부분에서는 난분해성 유기물을 처리할 수 있어 운영 비용을 절감하는 동시에 폐수 내 유기물 농도를 크게 낮출 수 있습니다.

(4) 유입수의 COD가 높다는 점을 고려하여 폐수 중 유기물을 더욱 줄이기 위한 고도처리 공정으로 BAC를 선정하였다. 활성탄은 비표면적이 넓어 유기물과 미생물이 부착될 수 있어 접촉시간이 길어져 미생물 분해 효율이 향상됩니다. 탱크에는 활성탄 외에도 에어레이션 시스템을 탑재해 물 속 유기물의 이동 속도를 높이고 미생물에 산소를 공급해 정화 효율을 높일 뿐만 아니라 유입수 내 부유 미생물과 유기물질의 접촉을 촉진해 부유 미생물의 처리 효율을 높인다.

2.7 프로세스 단위 및 매개변수

이 프로젝트의 프로세스 단위와 매개변수는 다음과 같습니다.표 2.

3 운전현황

이 프로젝트는 2022년 6월에 승인을 통과했으며, 배출수의 모든 오염 물질 지표는 지정된 배출 표준을 충족합니다.표 3.

4 운영 비용

이 프로젝트의 총 운영 비용은 다음과 같습니다.표 4.

5 경제적, 사회적, 환경적 이점

5.1 경제적 이익 

이 프로젝트를 시행하면 상당한 경제적 이익을 얻을 수 있습니다. 첫째, 기업 비용을 절감합니다. 이 프로젝트가 없다면 발전소의 외부 순환 배수 처리를 자격을 갖춘 기관에 아웃소싱해야 할 것입니다. 순환하는 외부배수는 농도가 높고 부피가 크기 때문에 외주처리 및 운송비용이 많이 든다. 자격을 갖춘 기관에 치료를 아웃소싱하지 않으면 관련 당국으로부터 벌금이 부과될 수 있습니다. 따라서 이 프로젝트를 시행하면 기업의 폐수 처리 비용과 잠재적인 벌금이 크게 줄어듭니다. 둘째, 사회적 비용을 절감한다. 순환하는 외부배수를 처리하지 않고 방류할 경우 수질오염으로 인해 농어업 생산량이 감소하고 주변 농어업 발전에 영향을 미칠 수 있다. 따라서 본 프로젝트를 시행하면 사회적 비용이 크게 절감됩니다. 셋째, 주민들의 의료비를 간접적으로 줄여준다. 본 사업이 진행되지 않으면 지하수 환경은 필연적으로 오염되어 주변 주민들의 건강을 위협하고 의료비도 크게 증가하게 됩니다. 따라서 본 사업의 시행으로 인해 주민들의 의료비가 간접적으로 절감되는 효과가 있다. 마지막으로 땅값이 올라갑니다. 이 프로젝트의 시행은 발전소의 순환 외부 배수로 인한 오염을 줄여 주변 토지를 투자 및 공장 건설에 더욱 매력적으로 만듭니다.

5.2 사회적 혜택

이 프로젝트의 시행은 상당한 사회적 이익을 가져옵니다. 첫째, 주변 물환경을 보호합니다. 유해물질 농도가 높은 외부 순환배수를 직접 방류할 경우 주변 수질환경에 큰 피해를 주고 수생태계에 영향을 미칠 수 있습니다. 둘째, 인근 주민의 건강을 보호하고 삶의 질을 향상시킵니다. 외부 순환 배수의 유기물 농도가 높기 때문에 방류되면 하천이 검게 변하고 악취가 나게 됩니다. 또한, 수질에 심각한 영향을 미쳐 물고기 등 수생생물이 생존할 수 없게 되어 악취가 나는-물고기 냄새가 발생하고 주변 주민들의 생활 환경과 삶의 질에 영향을 미치게 됩니다. 따라서 본 사업의 시행은 인근 주민들의 건강을 크게 보호한다.

5.3 환경적 이점

본 프로젝트의 시행으로 발전소의 외부 순환배수로 인한 주변 수역의 오염을 크게 줄이고 인근 주민들의 생활환경을 보호합니다. 연간 CODcr 약 385톤, BOD₅ 약 23톤, TN 약 150톤, TP 약 3톤, SS 약 370톤을 절감합니다.

6 결론

본 프로젝트 사례는 AO + Fenton 반응조 + BAC 복합 공정이 발전소 외부 배수 순환에서 오염물질을 효과적으로 처리하여 지정된 배출 기준을 충족하는 안정적인 배출수 품질을 달성함을 보여줍니다. CODcr 감소는 85%, 총 질소 감소는 87%, 총 인 감소는 90%에 도달합니다. BOD₅ 및 암모니아성 질소의 제거율은 유입수 농도가 낮아서 높지 않지만 여전히 기준을 지속적으로 충족하고 있습니다. 이는 AO + 펜톤 반응조 + BAC 복합 공정이 발전소 순환 외부 배수에 대해 상당한 처리 효과와 우수한 방류수 품질을 달성함을 입증합니다. 이 결합된 프로세스는 높은 수준의 자동화를 달성할 수 있고 기술 요구 사항이 낮으며 운영 및 관리가 간단합니다. 이는 발전소의 외부 순환 배수를 처리하는 다른 프로젝트에 귀중한 참고 자료를 제공하는 동시에 상당한 경제적, 사회적, 환경적 이점을 제공하며 발전소의 지속 가능한 개발 및 운영에 큰 의미를 갖습니다.